(57)【要約】【課題】従来の反り矯正の装置を用いる方法は、シート状回路デバイスの端縁をスムースに挟み押圧する必要があり、リフロー炉によるはんだ接続工程を複雑にする。また、反りを矯正しながら、はんだ接続すると反りが残留応力となり、のちにシート状回路デバイスの基板に亀裂を生じさせる原因となる。【解決手段】シート状回路デバイス１０は、薄膜回路のコンデンサ素子１６が形成されたシート状基板１２の面を凹形状とする。そして、シート状基板１２の長手方向１１の長さＬで、シート状基板１２の面の中央とその端部との厚み方向の高さの差である反り量ｗｐ（符号は端部が中央より下がっている場合が負）を除した値を百分率で示した反り率を、−５％以上で、０％未満とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状基板の片面に、外部機器と接合材料で接続される外部接続用の電極端子を備えた薄膜回路および前記薄膜回路を保護する樹脂保護膜を有するとともに、前記樹脂保護膜のガラス転移温度、前記接合材料の溶融温度、前記シート状基板のガラス転移温度の順に高く、前記樹脂保護膜の体膨張率が前記シート状基板の体膨張率より大きくなる温度範囲を少なくとも前記接合材料の溶融温度以下に備えたシート状回路デバイスであって、
前記シート状基板の前記薄膜回路および前記樹脂保護膜が形成された面が凹形状であることを特徴とするシート状回路デバイス。
【請求項２】
シート状基板は長手方向と短手方向とを備え、前記シート状基板の長手方向の長さで凹形状の前記シート状基板の面の中央とその端部との厚み方向の高さの差である反り量を除した反り率が、その符号を前記凹形状の場合の反り量を負としたとき、−５％以上、０％未満であることを特徴とする請求項１記載のシート状回路デバイス。
【請求項３】
シート状基板の片面に、外部機器と接合材料で接続される外部接続用の電極端子を備えた薄膜回路および前記薄膜回路を保護する樹脂保護膜を有するとともに、前記樹脂保護膜のガラス転移温度、前記接合材料の溶融温度、前記シート状基板のガラス転移温度の順に高く、前記樹脂保護膜の体膨張率が前記シート状基板の体膨張率より大きくなる温度範囲を少なくとも前記接合材料の溶融温度以下に備えたシート状回路デバイスの製造方法であって、
前記樹脂保護膜を前記樹脂保護膜のガラス転移温度以上、前記シート状基板のガラス転移温度以下の温度で硬化させて形成することを特徴とするシート状回路デバイスの製造方法。
【請求項４】
接合材料の溶融温度が樹脂保護膜を硬化させる温度より高いことを特徴とする請求項３記載のシート状回路デバイスの製造方法。
【請求項５】
長手方向と短手方向とを備えたシート状基板の片面に、外部機器と接合材料で接続される電極端子を前記長手方向に複数備えた薄膜回路および前記薄膜回路を保護する樹脂保護膜を有するとともに、前記樹脂保護膜のガラス転移温度、前記接合材料の溶融温度、前記シート状基板のガラス転移温度の順に高く、前記樹脂保護膜の体膨張率が前記シート状基板の体膨張率より大きくなる温度範囲を少なくとも前記接合材料の溶融温度以下に備えたシート状回路デバイスの接続方法であって、
前記シート状回路デバイスを前記接合材料の溶融温度まで加熱しながら前記長手方向の端部の前記電極端子から前記外部機器に接続を行い、その後、内側の前記電極端子を前記外部機器に接続することを特徴とするシート状回路デバイスの接続方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、携帯電話等の携帯機器に使用するシート状回路デバイス、その製造方法およびその接続方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
構成材料として、厚みが１００μｍ前後の薄いシート状基板に、それと熱的な膨張率が異なる樹脂層や、配線層を高温で形成したシート状回路デバイスを、プリント基板等とはんだ接続するときには、リフロー炉で加熱する。常温で、平坦な形状のシート状回路デバイスであっても、加熱されると、シート状回路デバイスは各上述の構成材料の熱的な膨張率の違いから、反りを起こす。そして、この反りが大きいと、シート状回路デバイスとプリント基板とのはんだ接続部が位置ずれを起こし、接続不良が生じる。
【０００３】
この対策として、形状を保つ反り矯正機構が、リフロー炉内でシート状回路デバイスの端縁を挟圧部材で挟みつけるように押圧する方法がある（特許文献１参照）。この方法は、シート状回路デバイスを保持するエンドレスベルトに挟圧部材を所定ピッチ隔てて設け、シート状回路デバイスの端縁の上面を押さえることで平坦な形状を保ち、はんだ接続を行う。
【特許文献１】特開２０００−５９００７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような反り矯正機構を用いる方法は、シート状回路デバイスの端縁をスムースに挟み押圧する必要があり、挟圧保持する開閉片を設ける等、はんだ接続工程を複雑にするという課題があった。また、反りを矯正しながら、はんだ接続すると反りが残留応力となり、のちにシート状回路デバイスの基板に亀裂を生じさせる原因となる。
【０００５】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、反りの矯正機構等の装置を用いることのない簡単な方法で、かつ残留応力を生じさせないシート状回路デバイスおよびその製造方法およびその接続方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、シート状基板の片面に、外部機器と接合材料で接続される外部接続用の電極端子を備えた薄膜回路および薄膜回路を保護する樹脂保護膜を有するとともに、樹脂保護膜のガラス転移温度、接合材料の溶融温度、シート状基板のガラス転移温度の順に高く、樹脂保護膜の体膨張率がシート状基板の体膨張率より大きくなる温度範囲を少なくとも接合材料の溶融温度以下に備えたシート状回路デバイスであって、シート状基板の薄膜回路および樹脂保護膜が形成された面が凹形状の構成である。
【０００７】
このような形状のシート状回路デバイスとすることにより、外部機器と接合材料での接続のためにシート状回路デバイスを加熱すると、樹脂保護膜がシート状基板より伸びようとするため、シート状回路デバイスは平坦な形状に近づく。従って、簡単な方法で接合材料での接続時に、接続端子間の位置ずれを生じることがなくなり、残留応力も生じないシート状回路デバイスとなる。
【０００８】
また本発明のシート状回路デバイスは、シート状基板が長手方向と短手方向とを備え、シート状基板の長手方向の長さで凹形状のシート状基板の面の中央とその端部との厚み方向の高さの差である反り量を除した反り率が、その符号を凹形状の場合の反り量を負としたとき、−５％以上、０％未満としてもよい。
【０００９】
このような反り率のシート状回路デバイスとすると、接合材料での接続時に許容される平坦度となり、位置ずれが生じることが全くなくなる。
【００１０】
また本発明は、シート状基板の片面に、外部機器と接合材料で接続される外部接続用の電極端子を備えた薄膜回路および薄膜回路を保護する樹脂保護膜を有するとともに、樹脂保護膜のガラス転移温度、接合材料の溶融温度、シート状基板のガラス転移温度の順に高く、樹脂保護膜の体膨張率がシート状基板の体膨張率より大きくなる温度範囲を少なくとも接合材料の溶融温度以下に備えたシート状回路デバイスの製造方法であって、樹脂保護膜を樹脂保護膜のガラス転移温度以上、シート状基板のガラス転移温度以下の温度で硬化させて形成する方法である。
【００１１】
このように樹脂保護膜を、そのガラス転移温度より高い温度で硬化するため、樹脂保護膜の構造が緻密になり、樹脂保護膜が吸湿する水分量も一定となる。そのため、後に接合材料での接続のために加熱した際、樹脂保護膜からの水分放出量も一定となり、加熱に伴う反りによる変形も一定となる。従って、常温時のシート状回路デバイスを一定の形状とすることで、接合材料での接続時にシート状回路デバイスをほぼ平坦な形状にすることができる。そして、樹脂保護膜を硬化させる温度を、シート状基板のガラス転移温度以下とすることで、シート状基板が熱的に損傷を受けることはない。この結果、接合材料での接続時にシート状回路デバイスは、反りのないほぼ平坦な形状となっているため、反り矯正機構等の装置の必要がなく、また残留応力を生じさせないシート状回路デバイスの製造方法となる。
【００１２】
また本発明のシート状回路デバイスの製造方法は、接合材料の溶融温度が樹脂保護膜を硬化させる温度より高くしてもよい。
【００１３】
これは、樹脂保護膜を硬化させ、その後常温になり、再び硬化させた温度にすると、その硬化させた温度でのシート状回路デバイスの形状に戻るはずである。しかし、吸湿した樹脂保護膜の吸湿分を除去する熱量を要するため、樹脂保護膜を硬化させた温度より、接合材料の溶融温度を高くすることで、接合材料での接続時に、よりシート状回路デバイスを平坦な形状に近づけることができる。
【００１４】
また本発明は、長手方向と短手方向とを備えたシート状基板の片面に、外部機器と接合材料で接続される電極端子を長手方向に複数備えた薄膜回路および薄膜回路を保護する樹脂保護膜を有するとともに、樹脂保護膜のガラス転移温度、接合材料の溶融温度、シート状基板のガラス転移温度の順に高く、樹脂保護膜の体膨張率がシート状基板の体膨張率より大きくなる温度範囲を少なくとも接合材料の溶融温度以下に備えたシート状回路デバイスの接続方法であって、シート状回路デバイスを接合材料の溶融温度まで加熱しながら長手方向の端部の電極端子から外部機器に接続を行い、その後内側の電極端子を外部機器に接続する方法である。
【００１５】
このような接続方法とすることにより、端部の電極端子から外部機器に接続されるため、シート状回路デバイスは平坦な形状に近づき、その内側の電極端子も容易に接続される。この結果、特別な装置を使うことなく、簡単な方法でかつ残留応力も生じさせることのないシート状回路デバイスの接続方法となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のシート状回路デバイス、その製造方法およびその接続方法によれば、接合材料での接続時に特別な装置で反りを矯正することがないため、簡単な方法でかつシート状回路デバイスに残留応力を生じさせることがないという大きな効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施の形態）
本実施の形態では、シート状基板、それに形成される電極端子を備えた薄膜コンデンサ、および薄膜コンデンサを保護する樹脂保護膜で構成されるシート状回路デバイスを例に説明する。また、接合材料としてはんだを用い、リフロー炉でシート状回路デバイスの電極端子をプリント基板に接続する場合を説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態のシート状回路デバイスで、図１（Ａ）は下面図、図１（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線およびＹ−Ｙ線断面図である。図１（Ａ）に示すように、シート状回路デバイス１０は、長手方向１１と短手方向１３とを備えたポリイミド（厚み７５μｍ）のシート状基板１２の片面に、はんだで接続される外部接続用の電極端子１４、１５を備えた薄膜回路のコンデンサ素子１６を一定間隔でアレイ状に形成している。そして、電極端子１４、１５を除き、コンデンサ素子１６を保護するために、ほぼシート状基板１２の全面を覆うように、樹脂保護膜１８が形成されている。
【００２０】
図１（Ｂ）に示すように、コンデンサ素子１６は、低抵抗でシート状基板１２と密着性のよい、例えばアルミニウム（Ａｌ）の下層電極膜２０、上層電極膜２２が対向し、比誘電率の大きな、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ２）等の誘電体膜２４を挟んだ構成である。ここで下層電極膜２０、上層電極膜２２は、スパッタリング法、真空蒸着法またはメッキ法等を組合わせ、厚みをそれぞれ１μｍ以下で形成する。誘電体膜２４は、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸ストロンチウム（ＳｒＴｉＯ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）等でもよく、スパッタリング法、真空蒸着法、ゾルゲル法、プラズマ化学気相成膜法（ＰＣＶＤ法）等で１μｍ以下の厚みで成膜する。さらに、樹脂保護膜１８は耐湿性に優れる、例えばエポキシ樹脂を印刷法で約１０μｍ形成している。また、電極端子１４は抵抗の小さな、例えば銅（Ｃｕ）をスパッタリング法で約５μｍの厚さで、下層電極膜２０に接続するように形成している。電極端子１５は、共通電極でありシート状基板１２の中央を、長手方向にその端部近くから他の端部近くまで形成されている。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態におけるシート状基板および樹脂保護膜の温度と体膨張率等の関係を示す図である。図１の樹脂保護膜１８およびシート状基板１２のそれぞれのガラス転移温度Ｔｇ１（エポキシ樹脂で１７０℃）、Ｔｇ２（ポリイミドで２５０℃）は、体膨張率が急激に変化する温度である。ここで、図１の電極端子１４をはんだ接続する際のはんだの溶融温度をＴｓｍ（Ｓｎ−Ｃｕで２２７℃）とすると、Ｔｇ１＜Ｔｓｍ＜Ｔｇ２の関係を有している。また、少なくともＴｓｍ以下で、樹脂保護膜１８の体膨張率がシート状基板１２の体膨張率より大きくなる温度範囲を有している。
【００２２】
そして図１（Ｃ）に示すように、シート状回路デバイス１０は、薄膜回路のコンデンサ素子１６、樹脂保護膜１８が形成されたシート状基板１２の面を凹形状とする。また、シート状基板１２の長手方向１１の長さＬで、シート状基板１２の面の中央と、その端部との厚み方向の高さの差である反り量ｗｐを除した値を百分率で示したものを、反り率と定義する。ただし、ｗｐの符号は、コンデンサ素子１６等が形成されたシート状基板１２の面が凹形状である場合は負に、凸形状である場合は正にとるものとする。
【００２３】
この反り率が、０％以上、すなわちコンデンサ素子１６等が形成されたシート状基板１２の面が平坦か凸形状であると、後述のはんだ接続時にシート状回路デバイス１０の端部が必要以上に反り上がり、電極端子１４、１５と、外部機器の接続端子とのはんだ付けが不良となる。また、反り率が−５％より小さいと、はんだ接続時にコンデンサ素子１６が形成されたシート状基板１２の面が凹形状に大きく反ったままで、電極端子１４と外部機器の接続端子との位置ずれが生じ、やはりはんだ接続不良となる。反り率が、−５％以上で、０％未満であると、はんだ接続時にシート状回路デバイス１０と、外部機器の接続端子とのはんだ接続不良が生じない範囲である。なお、はんだ接続時には、常温時に比べ反り率が＋側に１．２５％から２．５％移動する場合がある。従って、より確実にはんだ接続不良を生じさせないためには、反り率が−３．７５％以上、−１．２５％以下とすればよい。
【００２４】
シート状回路デバイス１０の形状を上述のようにする理由を、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態の図１の構成のシート状回路デバイス１０を、リフロー炉ではんだ接続するときのリフロー炉内の温度、およびシート状基板１２の面の中央とその端部との厚み方向の高さの差である反り量ｗｐの変化を示す図である。ｗｐは、図１のようにシート状基板１２の端部が中央より下がっている場合を負に、端部が反り上がっている場合を正に記載している。常温からリフロー炉内の温度を上昇させ始めると、負の反り量が増加している。その後、リフロー炉内の温度がさらに上昇すると、正方向の反りに転じ、はんだ溶融温度での反り量は常温時より０に近づいている。従って、はんだ接続時に、シート状回路デバイス１０はほぼ平坦になるため、シート状回路デバイス１０の電極端子１４、１５と外部機器の接続端子が位置ずれを起こすことはない。
【００２５】
図３で、常温からの温度上昇時に負の反り量が増加するのは、樹脂保護膜１８に吸湿された水分が放出される過程である。また、負の反り量が増加することから、この温度範囲では、シート状基板１２の方が樹脂保護膜１８より体膨張率が大きいと考えられる。そして、温度上昇により水分の放出が終わると、体膨張率は樹脂保護膜１８の方がシート状基板１２より大きく、正の反り量に転じると考えられる。この体膨張率の関係を図４に示す。
【００２６】
図４は、本発明の実施の形態における図１のシート状基板１２および水分を吸湿した樹脂保護膜１８の温度と体膨張率の関係を示す図である。樹脂保護膜１８は、水分の放出が終わるまでシート状基板１２より体膨張率が小さくなっていると考えられる。従って、樹脂保護膜１８の吸湿量の多少により、図４の樹脂保護膜１８とシート状基板１２との体膨張率線の交差点も変わってくる。吸湿量が多くなると、破線のように交差点が高温側に移動する。その結果、図３の反り量の変化曲線も破線のように負の反り量が大きくなり、はんだ付け時にも負の反り量が大きく残ったままとなる。そして、この吸湿量は、樹脂保護膜１８の硬化温度が関係すると考えられ、硬化温度が低いと吸湿量がばらつき、硬化温度が一定温度以上であると、吸湿量も一定になる。これは、樹脂保護膜１８を一定温度以上で硬化させると、その構造は緻密に形成され、樹脂保護膜１８の吸湿量が一定になると考えられるからである。その一定温度とは、樹脂保護膜１８のガラス転移温度で、ガラス転移温度を越えた温度で硬化させると、網状構造の高密度な橋かけが起こる。
【００２７】
図５は、本発明の実施の形態の樹脂保護膜硬化温度と導通率の関係を示す図である。導通率とは、図１のシート状回路デバイス１０の電極端子１４、１５と外部機器との接続端子との導通が取れている割合のことである。図５に示すように、樹脂保護膜硬化温度が樹脂保護膜１８のガラス転移温度Ｔｇ１以上になると、導通率は１００％になっている。
【００２８】
また、樹脂保護膜１８を硬化させ、その後、常温になり、再び硬化させた温度にすると、その硬化させた温度でのシート状回路デバイス１０の形状に戻るはずである。しかし、吸湿した樹脂保護膜１８の吸湿分を除去する熱量を要するため、樹脂保護膜１８を硬化させた温度より、高い温度で、樹脂保護膜１８を硬化させた温度でのシート状回路デバイス１０の形状に近づく。従って、溶融温度が樹脂保護膜１８を硬化させる温度より高いはんだを用いることで、はんだ接続時に、シート状回路デバイス１０をより平坦な形状に近づけることができる。
【００２９】
このように、加圧して反りを矯正することがなく、はんだ接続時にシート状回路デバイスは平坦な形状となるので、残留応力が生じることがない。
【００３０】
次にこのような構成のシート状回路デバイス１０と、外部機器とのリフロー炉でのはんだ接続の方法について説明する。図６（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の実施の形態のシート状回路デバイス１０の接続方法を説明する工程図で、図１のＺ−Ｚ線断面図ある。図６（Ａ）はシート状回路デバイス１０と外部機器であるプリント基板２６がリフロー炉に入った直後を示す。シート状回路デバイス１０は、コンデンサ素子１６、樹脂保護膜１８が形成された面が凹状になっている。そしてプリント基板２６は、ガラス繊維等に熱硬化樹脂を含浸させて硬化させた基材２８に銅箔等よりなる接続端子３０が、シート状基板１２の電極端子１４に対応する位置に形成されている。そして、接続端子３０にはクリームはんだ３２が塗布されている。
【００３１】
図６（Ｂ）に示すように、リフロー炉内でシート状回路デバイス１０が加熱され、シート状回路デバイス１０はコンデンサ素子１６が形成された面が凹状に反った形状から、平坦な形状に近づく。これは、少なくともクリームはんだ３２の溶融温度以下では、シート状基板１２より樹脂保護膜１８の体膨張率が大きいため、コンデンサ素子１６が形成された面が伸びるからである。その結果、シート状基板１２の長手方向１１の端部の電極端子１４が、プリント基板２６の対応する接続端子３０と接続を始める。
【００３２】
図６（Ｃ）は、クリームはんだ３２が溶融温度に達したときを示し、シート状基板１２の長手方向の両端部の電極端子１４が、プリント基板２６の対応する接続端子３０と接続されることで、シート状回路デバイス１０はより平坦な形状となる。その結果、内側の電極端子１４も、プリント基板２６の対応する接続端子３０と接続される。このように、シート状回路デバイス１０の加熱に伴う形状の変化を利用するとともに、その両端部の電極端子１４、１５からの接続により、内側の電極端子１４、１５も全てプリント基板２６の接続端子３０と接続され、位置ずれ等による接続不良を生じることはない。
【００３３】
さらに、シート状回路デバイス１０を平坦になるように加圧し、接続するのではないため、シート状回路デバイス１０に残留応力が生じることもない。
【００３４】
なお、シート状基板１２としてポリイミド（ＰＩ）で説明したが、ＰＩと同じく耐熱性に優れたポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ：ガラス転移温度２９０℃）を使用しても同様の効果が得られた。
【００３５】
また、薄膜回路を構成する電子部品としてはコンデンサ（Ｃ）素子に限定されることはなく、抵抗（Ｒ）素子やインダクタンス（Ｌ）素子、それらを組合わせたＣＲ素子やＬＣ素子であってもよい。
【００３６】
また、接合材料は、はんだに限定されず、ろう、あるいはフェノールを主成分とする加熱硬化型接着材でもよい。さらに加熱接続方法として、リフロー炉でのはんだ接続に限定されるものではなく、赤外炉等の加熱炉を用い加熱硬化型接着材で接続する方法でもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明にかかるシート状回路デバイス、その製造方法およびその接続方法は、簡単な方法でかつシート状回路デバイスに残留応力を生じさせることがないという効果を有し、携帯電話等の携帯機器に使用されるシート状回路デバイスの実装方法等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（Ａ）本発明の実施の形態のシート状回路デバイスの下面図（Ｂ）図１（Ａ）におけるＸ−Ｘ線断面図（Ｃ）図１（Ａ）におけるＹ−Ｙ線断面図
【図２】同実施の形態のシート状基板および樹脂保護膜の温度と体膨張率等の関係を示す図
【図３】同実施の形態のシート状回路デバイスをリフロー炉ではんだ付けするときのリフロー炉内の温度および反り量の変化を示す図
【図４】同実施の形態のシート状基板および水分を吸湿した樹脂保護膜の温度と体膨張率の関係を示す図
【図５】同実施の形態の樹脂保護膜硬化温度と導通率の関係を示す図
【図６】（Ａ）〜（Ｃ）同実施の形態のシート状回路デバイスの接続方法を説明する工程図
【符号の説明】
【００３９】
１０    シート状回路デバイス
１１    長手方向
１２    シート状基板
１３    短手方向
１４，１５    電極端子
１６    コンデンサ素子
１８    樹脂保護膜
２０    下層電極膜
２２    上層電極膜
２４    誘電体膜
２６    プリント基板
２８    基材
３０    接続端子
３２    クリームはんだ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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